【产品应用】ePort-M PCB设计技巧与案例分享

  为了让ePort-M模块的PCB设计更简单，提高硬件直通率，本文将介绍ePort-M的PCB设计技巧，并通过实际案例说明PCB布局布线对ePort-M的影响。  

  产品简介

在传统方式的网络通讯电路设计中，MCU的MAC控制器应先通过RMII信号线连接至PHY芯片，再经由网络变压器连接至RJ45座子，设计过程复杂，对设计人员要求较高，且遇到问题需要改动时，非常不便。

ePort-M百兆以太网模块采用RMII接口，内部集成了PHY芯片与网络变压器，用户使用时仅需完成MCU的MAC控制器和ePort-M模块管脚之间的走线即可，使得网络通讯电路设计简单化，缩短了开发时间，降低了设计人员要求。图1 网络通讯电路设计示意图

 

  PCB设计技巧

在使用ePort-M进行PCB设计时，建议遵循以下几点设计规则：

1. RMII信号线布线时需控制单端50欧阻抗匹配，避免阻抗不连续造成信号反射，影响通讯质量；

2. RMII中TX组与REF_CLK的串联匹配电阻（如图2中的R5~R8）布局时应靠近信号发射端即MCU端放置；

3. RMII走线间距建议至少保持2W，若受限PCB空间，应优先确保REF_CLK的间距要求；

4. RMII信号线以REF CLK时钟线为基准进行等长布线，建议控制在200mil左右；

5. RMII信号线及MDC/MDIO应远离板上其它干扰源布线，如远离开关电源等；

6. RMII信号回流平面应完整；

7. 当使用一路MDIO接口同时管理多路ePort-M时，MDIO走线推荐按图3所示方式布线。

图2 ePort-M典型应用电路

图3 MDC/MDIO推荐布线

   案例分享当PCB设计未能遵循上述设计规则时，可能会造成ePort-M模块通讯异常，轻则速率达不到要求，重则无法ping通。下面以实际案例说明。某块搭载双路ePort-M模块的工控底板在实际使用过程中，其网口无法正常通讯，出现频繁Link Up与Down的情况，长ping测试结果如图4所示。工控底板PCB布局布线如图5所示。

图4 工控底板网口长ping测试结果

图5 双路ePort-M工控底板PCB图经分析，该底板PCB设计有以下几点问题：

1. RMII中TX组信号线的串接电阻布局于ePort-M端，正常应布局在核心板/MCU端（案例中REF_CLK串接电阻已集成在核心板上）；

2. 同组RMII信号线布线间距过近，可能会造成线间干扰；

3. 不同组RMII信号线相邻层平行布线，可能会造成层间干扰；

4. RMII信号线未控制阻抗，会造成信号反射；

5. RMII、MDC/MDIO信号线布线与5V_DC-DC开关电源电路相邻，导致RMII、MDC/MDIO受到干扰。

据此，我们采集了工控底板RMII各信号与MDC/MDIO的波形，发现MDIO信号波形有明显异常，其波形如图6所示。

图6 工控底板的MDIO波形

进一步分析发现工控底板的MDIO脉冲频率与DC-DC电源电路的开关频率相近，测得其两者波形如图7所示，可见两者具有强相关性。

图7 DC-DC输出信号与MDIO信号波形

对此情况，我们将DC-DC开关电源电路断开，直接由外部电源供电，经测试，两路网均口能够正常通讯，且通讯速率符合要求，通讯速率测试结果如图8所示。

图8 外部供电时网口通讯速率测试结果

通过上述案例可见，PCB布局布线对ePort-M模块的通讯质量具有较大影响，工程师在进行PCB设计时，应满足上文所述的设计规则。

 

  关联产品

   技术交流群长按识别如下二维码可加入“工控板/核心板技术交流群”，与志同道合的朋友交流，并有专业技术人员为您答疑解惑，如有问题可以咨询小致微信：zlgmcu-888。